(57)【要約】【課題】  流体の気液分離性能を向上することができる気液分離器の提供を目的とする【解決手段】  冷媒が液相冷媒と気相冷媒とに分離される分離空間１８において、気液二相状態の冷媒が流入する流入口１７ａと、気相冷媒が流出するガス流出口２０ａと、分離空間１８の最下部に配置され、液相冷媒が流出する液流出口１９ａとを配置し、液流出口１９ａへ向かって分離空間１８の断面積を小さくする先細形状１８ｂを備え、さらに、鉛直方向寸法Ｈが水平方向寸法より大きくなるように分離空間１８を形成する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口（１７ａ）から気液二相状態の流体が流入し、液相流体と気相流体に分離する分離空間（１８）と、
前記分離空間（１８）から前記気相流体が流出するガス流出口（２０ａ）と、
前記分離空間（１８）の下部に配置され、前記液相流体が前記分離空間（１８）から流出する液流出口（１９ａ）と、
前記液流出口（１９ａ）へ向かって前記分離空間（１８）の断面積を小さくする先細形状（１８ｂ）とを備え、
前記分離空間（１８）は、鉛直方向寸法（Ｈ）が水平方向寸法（Ｗ）より大きくなるように形成されていることを特徴とする気液分離器。
【請求項２】
請求項１に記載の気液分離器を用いたエジェクタサイクルであって、
前記気相流体を吸入圧縮する圧縮機（１１）と、
前記圧縮機（１１）から吐出した気相流体の熱を放熱する放熱器（１２）と、
前記液相流体を蒸発させることにより吸熱作用を発揮する蒸発器（１６）と、
前記放熱器（１２）から流出した高圧の前記気相流体を減圧膨張する減圧手段であるとともに、高速度の作動流体の巻き込み作用によって前記蒸発器（１６）にて蒸発した流体を吸引輸送する運動量輸送式ポンプであるエジェクタ（１３）とを備え、
前記エジェクタ（１３）から流出した流体が前記流入口（１７ａ）に流入するようになっていることを特徴とするエジェクタサイクル。
【請求項３】
前記流体は、液相の密度を気相の密度で除した密度比が大きい流体であることを特徴とする請求項２に記載のエジェクタサイクル。
【請求項４】
前記密度比が大きい流体は、冷媒であるＲ４０４Ａ、ＨＣ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃのいずれか１つであることを特徴とする請求項３に記載のエジェクタサイクル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気液２相状態の流体を気相流体と液相流体に分離する気液分離器に関するもので、エジェクタサイクル用の気液分離器に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来、気液２相状態の冷媒を気相冷媒と液相冷媒に分離するとともに、余剰冷媒を内部に蓄えている気液分離器において、横円筒形状（タンク形状）の分離空間１８を有するものが特許文献１（以下従来例１と称す）にて知られている。
【０００３】
図５の従来例１の気液分離器５０では、液相冷媒が流出する液流出口１９ａが、分離空間１８の最下部に配置されており、気液分離器５０の設置状態における上方向に向かって開口している。なお、５１は圧縮機に供給されるオイルの流出管路５１である。
【０００４】
これにより、液冷媒が溜まる分離空間１８の最下部から液冷媒を流出させることができる。
【特許文献１】特開２００３−２０２１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の気液分離器５０では、分離空間１８の水平方向寸法Ｗが鉛直方向寸法Ｈ以上となるように形成されているため、液相冷媒が溜まる部分での分離空間１８の断面積が大きく、液量に対して液面高さが低くなってしまう。したがって、分離空間１８の底部に配置されている液流出口１８ａから液相冷媒だけでなく気相冷媒も流出してしまい易く、気液分離器５０の気液分離性能が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、気液分離器における流体の気液分離性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、気液分離器において、流入口（１７ａ）から気液二相状態の流体が流入し、液相流体と気相流体に分離する分離空間（１８）と、分離空間（１８）から気相流体が流出するガス流出口（２０ａ）と、分離空間（１８）の下部に配置され、液相流体が分離空間（１８）から流出する液流出口（１９ａ）と、液流出口（１９ａ）へ向かって分離空間（１８）の断面積を小さくする先細形状（１８ｂ）とを備え、
分離空間（１８）は、鉛直方向寸法（Ｈ）が水平方向寸法（Ｗ）より大きくなるように形成されていることを特徴としている。
【０００８】
ここで分離空間（１８）の液量を同一として比較すると、先細形状（１８ｂ）が分離空間（１８）の断面積を液流出口（１９ａ）へ向かって小さくするため、先細形状（１８ｂ）が無い場合に比べて流体の液面高さを高くすることができる。さらに、分離空間（１８）の鉛直方向寸法（Ｈ）が水平方向寸法（Ｗ）より大きくなっているため、図５の特許文献１のように分離空間（１８）の水平方向寸法（Ｗ）が鉛直方向寸法（Ｈ）以上の場合に比べて、より液面高さを高くすることができる。
【０００９】
これらにより、液流出口（１９ａ）における流体の液面高さを高くすることができるため、液流出口（１９ａ）からの気相流体の流出を防止できる。つまり、気液分離器の気液分離性能を向上させることができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の気液分離器を用いたエジェクタサイクルにおいて、気相流体を吸入圧縮する圧縮機（１１）と、圧縮機（１１）から吐出した気相流体の熱を放熱する放熱器（１２）と、液相流体を蒸発させることにより吸熱作用を発揮する蒸発器（１６）と、放熱器（１２）から流出した高圧の気相流体を減圧膨張する減圧手段であるとともに、高速度の作動流体の巻き込み作用によって蒸発器（１６）にて蒸発した流体を吸引輸送する運動量輸送式ポンプであるエジェクタ（１３）とを備え、エジェクタ（１３）から流出した流体が流入口（１７ａ）に流入するようになっていることを特徴としている。
【００１１】
これによると、請求項１で述べた作用効果を有する気液分離器を使用してエジェクタサイクルを構成することができるため、気液分離器の液流出口１９ａから気相流体が流出してサイクルに異常をきたすことを防止できる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明のように、請求項２に記載のエジェクタサイクルにおいて、流体に液相の密度を気相の密度で除した密度比が大きいものを使用してもよい。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明のように、請求項３に記載のエジェクタサイクルにおいて、密度比が大きい流体として冷媒であるＲ４０４Ａ、ＨＣ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃのいずれか１つを使用してもよい。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る気液分離器を、エジェクタを使用した車両用空調装置のエジェクタ（冷凍）サイクルに適用したものであり、図１は本実施形態の模式図である。図１中、１１は冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１である。この圧縮機１１で高圧状態となった冷媒は放熱器１２に流入する。放熱器１２では冷媒が室外空気へ放熱する、言い換えると冷媒が室外空気により冷却される。
【００１６】
放熱器１２で冷却された冷媒は、エジェクタ１３に流入する。このエジェクタ１３は、冷凍サイクルにおいて冷媒減圧手段および冷媒循環手段としての機能を有している。エジェクタ１３に流入した冷媒は、エジェクタ１３内部のノズル部で圧力エネルギーが速度エネルギーに変換される。この時、ノズルから高速で噴出する作動流体の巻き込み作用によって後述する蒸発器１６にて蒸発した気相冷媒を吸引する。さらに、冷媒の通路面積が拡大していくディフューザ部で冷媒の膨張エネルギーを圧力エネルギーに変換し、エジェクタ１３の冷媒流れ下流の圧縮機１１の吸入圧を上昇させている。
【００１７】
エジェクタ１３から流出した冷媒は、冷媒流入管路１７（後述）を流れて気液分離器１４に流入する。この時、エジェクタ１３から流出する冷媒は、エジェクタ１３の減圧作用により気液２相状態となっている。気液分離器１４では、流入した冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離して冷媒を蓄えており、分離された気相冷媒は圧縮機１１に吸引されて再び圧縮され、一方、分離された液相冷媒は蒸発器１６側に吸引される。この気液分離器１４については後述する。
【００１８】
蒸発器１６は、液相冷媒と室内に吹き出す空気と熱交換させて蒸発させることにより冷房能力を発揮するものである。なお、気液分離器１４と蒸発器１６との間に配置される第１減圧器１５は、気液分離器１４から蒸発器１６側に吸引される液相冷媒を減圧する絞り（減圧）手段であり、この第１減圧器１５により蒸発器１６内の圧力（蒸発圧力）を確実に低下させている。
【００１９】
なお、本実施形態では液相密度を気相密度で除した密度比が大きい流体であるＲ４０４Ａを冷媒として使用している。Ｒ４０４Ａの気相密度は約４２ｋｇ／ｍ3、液相密度は約１１３４ｋｇ／ｍ3である。
【００２０】
次に、図２の平面図および図３の側面図を使用して、気液分離器１４の詳細について説明すると、気液分離器１４は略円筒形状の分離空間１８を有している。この分離空間１８には、エジェクタ１３から流出した気液２相状態の冷媒が流入（図中矢印ＩＮ）する流入管路１７の流入口１７ａが配置されている。流入口１７ａは分離空間１８の上下方向長さ（図３のＨ）の中間よりもやや上側、かつ平面視（図２）において、分離空間１８に流入する２相冷媒流れが分離空間１８の外周接線方向となるように開口している。なお、図３中の矢印上下は、気液分離器１４の設置状態における上下方向を示す。
【００２１】
また、分離空間１８の最下部には液流出口１７ａが上向きに開口するように配置されている。そして分離空間１８内の上部には、ガス流出口２０ａが下向きに開口するように配置されている。さらに、気液分離器１８には液流出口１９ａへ向かって分離空間１８の断面積を小さくする先細形状１８ｂが形成されている。なお、本実施形態の気液分離器１４は、分離空間１８の鉛直方向寸法Ｈが水平方向寸法Ｗより大きくなるように形成されている。
【００２２】
次に、上記構成において本実施形態の作動を説明すると、流入口１７ａから流入した２相流は分離空間１８内を旋回する。この時の遠心力および重力により２相冷媒は、密度が高い液相冷媒と密度の低い気相冷媒とに分離する。液相冷媒は自重により分離空間１８の下部に溜まり、前述したエジェクタ１３の吸引作用により液流出口１９ａから流出し、一方、気相冷媒は分離空間１８の上部に配置されたガス流出口２０から圧縮機１１へ吸引される。なお、気相冷媒と液相冷媒の密度差が大きいほど分離性能が高くなる。
【００２３】
次に、第１実施形態による作用効果を列挙すると、（１）先細形状１８ｂが分離空間１８の断面積を液流出口１９ａへ向かって小さくするため、先細形状１８ｂが無い場合に比べて流体の液面高さを高くすることができ、気液分離器の気液分離性能を向上させることができる。
【００２４】
分離空間１８の液相冷媒の液量を同一として比較すると、先細形状１８ｂとなっている方が液面高さをより高くすることができるため、液流出口１９ａから気相冷媒が流出することを低減できる。
【００２５】
（２）分離空間１８の鉛直方向寸法Ｈを水平方向寸法Ｗより大きくしたため、図５の特許文献１のように分離空間１８の水平方向寸法Ｗが鉛直方向寸法Ｈ以上の場合に比べて、より液面高さを高くすることができる（同一量の液相冷媒で比較）。これにより、液流出口１９ａから気相冷媒が流出することを低減できる。
【００２６】
これら（１）、（２）の作用効果が相まって気液分離器１４の気液分離性能を向上することができる。
【００２７】
ところで、近年冷媒が環境に与える影響などの観点からサイクル内の冷媒量を必要最小限にまで少なくする場合がある。また、周囲温度、コンプレッサ回転数、ホットガス除霜運転時等の要因により、サイクルに負荷変動が生じて気液分離器１４内の液相冷媒が少なくなる場合もある。さらに、気液密度比が大きい冷媒は、液相冷媒の体積割合が小さいため、気液分離器１４内での液面高さが低くなる傾向がある。
【００２８】
しかし、本実施形態では上述したように液相冷媒が少ない場合であっても気液分離性能を維持することができる。これにより、気液分離器１４の液相冷媒流れ下流側に配置されている蒸発器１６に冷媒の蒸発とは無関係なガス冷媒が混入することを防止できる。さらに、液冷媒のみが流入することにより蒸発器１６での圧損低減にも効果がある。なお、Ｒ４０４Ａ冷凍機において、気液分離器以外の冷媒の封入量、その他の条件を同一とした場合の本発明者らの評価によると、最大５０％の冷凍能力向上効果が確認されている。
【００２９】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、先細形状１８ｂが略三角錐状の場合を示したが、先細形状は液流出口１９ａへ向かって分離空間１８の断面積が小さくなっていれば良く、例えば図４のように分離空間内または空間外の点Ｏを中心とした断面円形状（立体的には球形状）であってもよい。
【００３０】
また、上述の実施形態では、冷媒がＲ４０４Ａの例を示したが冷媒は、ＨＣ、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなど種々に変更可能である。また、本発明の気液分離器は冷媒に限らず２相状態となる流体の場合に適用可能である。
【００３１】
また、上述の実施形態では、車両用空調装置のエジェクタサイクルに本発明の気液分離器を適用した例を示したが、本発明は車両用空調装置に限らず、冷媒にＣＯ２を使用した給湯用ヒートポンプサイクル等他の用途に使用されるエジェクタサイクルであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の気液分離器を車両用空調装置に適用した第１実施形態のエジェクタサイクルを示す模式図である。
【図２】第１実施形態に係る気液分離器の平面図である。
【図３】第１実施形態に係る気液分離器の側面図である。
【図４】他の実施形態に係る気液分離器の先細形状の一例を示す側面図である。
【図５】特許文献１に係る気液分離器を示す（ａ）正面図、（ｂ）側面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１…圧縮機、１２…放熱器、１３…エジェクタ、１６…蒸発器、１７ａ…流入口、
１８…分離空間、１８ｂ…先細形状、１９ａ…液流出口、２０ａ…ガス流出口、
Ｈ…鉛直方向寸法、Ｗ…水平方向寸法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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